1.1 ММ Пособие Акустика со звуками 2016 Последняя

1.

ГОУ СПО
Владимирский Областной колледж культуры и искусства
Мультимедийное пособие
по учебной дисциплине
«АКУСТИКА»
Раздел 1
СВОЙСТВА И ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗВУКОВЫХ СИГНАЛОВ
для студентов специальности 55.02.01
«Театральная и аудиовизуальная техника »
преподаватель Оголюк В.Д.
г. Владимир 2015

2. 1. АКУСТИКА КАК НАУКА

Акустика
(от греч. akustikos - слуховой, слушающийся)
В узком смысле - учение о звуке, т. е. об упругих колебаниях и волнах в газах, жидкостях и твёрдых телах,
слышимых человеческим ухом (частоты таких колебаний находятся в диапазоне 16 Гц - 20 кГц).
В широком смысле - область физики, исследующая упругие колебания и волны от самых низких частот
(условно от 0 Гц) до предельно высоких частот 10¹²-10¹³ Гц, их взаимодействия с веществом и применения
этих колебаний (волн).
1.
2.
3.
4.
5.
6.
ОСНОВНЫЕ РАЗДЕЛЫ АКУСТИКИ (всего более 20 разделов)
ОБЩАЯ (ФИЗИЧЕСКАЯ) А. – теория излучения и распространения звука в различных средах, теория дифракции,
интерференции и рассеяния звуковых волн. Линейные и нелинейные процессы распространения звука.
ФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ (ПСИХОАКУСТИКА) А. - рассматривает процессы восприятия звука слуховым органом человека и
процессы воспроизведения звука человеком.
МУЗЫКАЛЬНАЯ А. – рассматривает вопросы и процессы воспроизведения звука музыкальными инструментами.
ЭЛЕКТРОАКУСТИКА – теория и практика конструирования излучателей и приёмников, преобразующих акустическую
энергию в электрическую и наоборот, а также всех элементов звуковых трактов записи, передачи и воспроизведения звука.
АРХИТЕКТУРНАЯ АКУСТИКА А. – рассматривает законы и процессы распространения звука в закрытых
(полузакрытых, открытых) помещениях, методы управления структурой поля в помещении, получения хорошей слышимости
речи и звука музыкальных инструментов.
СТРОИТЕЛЬНАЯ А. - рассматривает вопросы снижения уровней шума в помещениях, а также занимается разработкой
звукоизолирующих и звукопоглощающих материалов (расчёт конструкций и сооружений, выбор материалов и т.д.)
ПРИРОДА ЗВУКА - источником звука являются все колеблющиеся физические тела с частотами от 16 до 20000Гц.
ВОЛНА – это некоторое возмущение среды (колебания), распространяемое в ней самой с течением времени.
ЗВУКОВАЯ ВОЛНА – это изменение давления воздуха (или возмущение в другой среде), распространяемое от места его
возникновения в разные стороны с определённой скоростью и на определённых частотах (т.е. передающиеся в пространстве
механические колебания молекул вещества).
ЗВУКОВОЕ ПОЛЕ – это пространство , в котором происходят звуковые колебания и распространяется звуковая волна.
(если источник звуковой волны известен, то пространство, в котором она распространяется называют
звуковым полем данного источника звука).

3. 2. Колебания в упругой среде

Колебательное движение – это такое
повторяющееся движение тела (или поверхности
тела), при котором оно поочерёдно перемещается
в пространстве в противоположных направлениях от
своего среднего положения (состояния покоя).
ВИДЫ КОЛЕБАНИЙ
свободные;
вынужденные;
периодические;
непериодические;
простые и сложные;
гармонические, затухающие и возрастающие и
т.д.
ЗВУК – это волновое распространение энергии в упругой среде в виде сжатия и разряжения самой среды, которые
воспринимает слуховой орган человека в виде ощущения .
В жидких и газообразных средах звуковые волны являются ПРОДОЛЬНЫМИ КОЛЕБАНИЯМИ, т.е. частицы
среды колеблются вдоль линии распространения самой волны.
В твёрдых средах кроме продольных колебаний имеют место и ПОПЕРЕЧНЫЕ КОЛЕБАНИЯ , т.е такие в
которых частицы среды колеблются в направлении, перпендикулярном линии распространения волны.
ЗВУКОВОЙ ЛУЧ – это линия, указывающая направление распространения звуковой волны.
ФРОНТОМ ЗВУКОВОЙ ВОЛНЫ – называют поверхность, в которой всё множество материальных частиц,
принадлежащих этой поверхности, колеблются в одинаковой фазе ( т.е. поверхность, соединяющую все
смежные точки звукового поля с одинаковой фазой колебания частиц среды).
В общем случае фронт звуковой волны имеет сложную форму, но в практике ограничиваются рассмотрением
трёх видов фронта волны.

4. 3. Звуковая волна

1. Графическое представление аудио сигнала
(один полный период синусоидальной волны).

5. 4. ЗВУКОВЫЕ ВОЛНЫ

Поперечная волна
Продольная волна

6. 5. Сферическая волна

Сферическая
волна 1
Сферическая волна 2

7. 6. Фронт звуковой волны

Фронт плоской волны - имеет вид плоскости. Лучи образуют «трубу» - не происходит растекания энергии за пределы
стенок этой трубы (соответствует остронаправленному излучению, например, рупорных излучателей.)
Интенсивность звука зависит лишь от вязкости среды, молекулярного рассеяния, турбулентного затухания и дифракции
воли. Звуковое давление этом случае также не зависят от расстояния.
Фронт сферической волны - сфера, в центре которой источник колебаний, а звуковые лучи являются радиусами сферы.
Интенсивность звука с удалением на расстояние R от источника уменьшается по квадратичному закону
I
где I1 - интенсивность звука на удалении на единицу длины от источника звука.
I T 12 ,
R
Звуковое давление уменьшается с расстоянием по гиперболическому закону
P1
P
T
где Р1 – звуковое давление на расстоянии единицы длины от источника.
R
Фронт цилиндрической волны - имеет круглую цилиндрическую форму. (например: источник звука – струна). Ось
цилиндра совпадает с осью источника звука., а радиус цилиндра совпадает с направлением звукового луча.
I
Интенсивность звука с удалением на расстояние R - убывает по гиперболическому закону
IT 1 ,
R
Звуковое давление - уменьшается с расстоянием по закону
P
PT 1 .
R
Цилиндрические волны обычно образуются длинными цепочками громкоговорителей при озвучивании площадей или
больших помещений.

8. 7. ЛИНЕЙНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗВУКОВОГО ПОЛЯ (газы и жидкости)

1.
ЗВУКОВОЕ ДАВЛЕНИЕ
2.
СМЕЩЕНИЕ ЧАСТИЦ СРЕДЫ
3.
КОЛЕБАТЕЛЬНАЯ СКОРОСТЬ
4.
АКУСТИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ СРЕДЫ

9. 8. ЗВУКОВОЕ ДАВЛЕНИЕ

Рп = Рст +|Рз|
Рп – полное давление в воздухе
Pст –атмосферное (статистическое)
давление
Рз – давление звуковой волны
ЗВУКОВОЕ ДАВЛЕНИЕ (Рз)
- это разность между мгновенным значением давления (Рп) в точке пространства, при
прохождении через неё звуковой волны , и статистическим давлением (Pст ) в той же
точке.
Звуковое давление - это избыточное (сверх атмосферное) давление, которое
создает звуковая волна в среде распространения звука.
Звуковое давление (Рз) - это переменная величина полного давления (Рп),
измеряется в единицах измерения Паскаль (Па =1н/ м² ).
Звуковое давление (Рз) представляет собой силу, действующую на единицу
поверхности - S
Рз = F/S {н /м²} {Па} система СИ
Pст = 101325 Па
Рз ≈ 0,0004 Па тихий шелест листьев
0,1 Па - разговор в полный голос
100 Па –авиационный реактивный двигатель
т.е Pст >> Рз

10. 9. СМЕЩЕНИЕ, КОЛЕБАТЕЛЬНАЯ СКОРОСТЬ, УДЕЛЬНОЕ АКУСТИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ

СМЕЩЕНИЕМ - называют отклонение частиц среды от их статического положения под действием
проходящей звуковой волны.
а). Если отклонение происходит по направлению движения волны, то смещение « + »
б). Если отклонение происходит в противоположном направлении, то смещение « - »
Смещение измеряют:
{м} система СИ
{см} система CGS
КОЛЕБАТЕЛЬНАЯ СКОРОСТЬ ( СКОРОСТЬ КОЛЕБАНИЙ) –
это скорость движения частиц среды под воздействием проходящей звуковой волны
V = dU/dt
«-»
U – смещение частиц среды
t – время за которое происходит смещение
а). При движении частиц среды в направлении распространения колебаний « + »
б). При движении частиц среды в противоположном распространению колебаний направлении
Скорость колебаний измеряют :
где:
{м/с} система СИ
{см/с} система CGS
УДЕЛЬНЫМ АКУСТИЧЕСКИМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ –
называют отношение звукового давления Rз к скорости колебаний
δ= Rз/V
для линейных условий (Pст >> Рз)
Удельное акустическое сопротивление измеряют: {Па•с/м} система СИ
{дин•с/см} CGS
УАС (δ) - определяется свойствами среды , материалом и условиями распространения звуковой волны.
(см. график далее)

11. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗВУКОВОГО ПОЛЯ

10.
ИНТЕНСИВНОСТЬ ЗВУКА «I» (СИЛА ЗВУКА) – это количество энергии, проходящее в секунду
через перпендикулярную, относительно направления распространения звука, единицу площади.
Интенсивность звука I, это акустическая активная мощность W источника звука, проходящая через
поверхность фронта волны S = 1 м².
I = W/S;(Вт/ м²) ;
Между давлением звука РЗ и интенсивностью звука I установлена следующая квадратичная зависимость:
I = Pз² /(ρV);
где:
ρ - плотность воздуха 1,22 кг/ м3 ,
V - скорость звука
ПЛОТНОСТЬ ЗВУКОВОЙ ЭНЕРГИИ « ε » - это количество энергии, находящееся в единице объёма.
Измеряют:
{Дж/м3}
система СИ
{эрг/м3} система CGS
ε = I/V = Pз² / (ρV²)

12. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗВУКОВОГО ПОЛЯ

11.
Па =1н/ м²

13. 12. Характеристики звуковой волны

1.
2.
3.
4.
СКОРОСТЬ ЗВУКА (звуковой волны)
ПЕРИОД КОЛЕБАНИЙ
ДЛИНА ВОЛНЫ
ЧАСТОТА КОЛЕБАНИЙ
Скорость звуковой волны это скорость движения волны (сжатого или разреженного участка) в рассматриваемой среде
В газообразных средах скорость звука зависит от плотности среды р и статического атмосферного давления Рас:
где: γ — коэффициент адиабаты
Для воздуха
с pас / p
γ =1,402 при 0°С и давлении 101 325 Па.
В жидких и твердых материалах скорость звука определяется плотностью материала р
и модулем упругости Е для соответствующего вида деформации
(продольные колебания, крутильные, изгибные и др.)
с E/ p
C =(331,6 +0,6t) {м/с}
C =2R/t
{м/с}
Упрощённая формула расчёта скорости звука в зависимости от температуры
(т.е при ↑ температуры на 1°, скорость звука ↑ на 0,6м/с)
Скорость звука до преграды (расстояние R) легко определить с
помощью замера времени прихода отражённой волны
В табл. 1.1 - значения скорости звука в некоторых газообразных и жидких средах, а
В табл. 1.2 - скорости звука в твёрдых средах и телах, в последних — для случая продольных колебаний в стержнях
На рис. 1.1 - зависимость скорости звука и плотности воздуха от высоты над уровнем моря,
На рис. 1.2 - зависимость скорости звука от температуры воздуха.

14. 13. Таблица 1.1 - значения скорости звука в некоторых газообразных и жидких средах

Среда
Температура,
оС.
Плотность
p,кг/м
Скорость звука
с, м/с
Удельное
акустическое
сопротивление
pc, кг/(м2с)
Водяной пар
100
0,58
405
230
Воздух
0
1,29
331,6
428
Воздух
20
1,20
343
413
Гелий
0
0,18
970
172
Вода пресная
15
999
1430
1430
Вода соленая
3,5% -ная
15
1027
1500
1550

15. 14. Таблица 1. 2 Скорость звука в твёрдых телах

Материал
Плотность
p, кг/м3
Удельное акустическое
сопротивление
pc, кг/м2
Скорость звука,
м/с
c
продольная
волна
в стержне
cр
В
неограниче
нной среде
Для
продольных
колебаний в
стержне
В неограниченной среде,
Железо
7800
5850
5170
45,6
40,4
Дуб
700
4170*
1520**
2,92*
1,06**
Сосна
500
5030*
1450**
2,77*
0,8**
Лед
916
—
3200
—
2.93
Пробка
240
—
500
—
0,12
Каучук
950
—
30
—
0,028
Мрамор
260р
—
3810
—
9,9
Гранит
2700
—
3950
—
10,7
Плекстиглас
1180
—
2820
—
3,3
Стекло
3250
5660
5300
18,5
17,3

16. Зависимость скорости звука от температуры и частоты колебаний

Зависимость скорости звука с, плотности
воздуха ρ и удельного акустического
сопротивления ρс от высоты над уровнем
моря для температуры 0°С (на земле)
РИС 1.1
Зависимость скорости звука в воздухе
от температуры для нормального
атмосферного давления 101 325 Па
РИС 1.2

17. Зависимость скорости звука от температуры и высоты

Скорость звука в воздухе
при различной температуре.
скорость звука
t, °C
м/с
км/ч
-150
216,7
780,1
-100
263,7
949,2
-50
299,3
1077,6
-20
318,8
1147,8
-10
325,1
1170,3
0
331,6
1193,4
10
337,3
1214,1
20
343,1
1235,2
30
348,9
1256,2
50
360,3
1296,9
100
387,1
1393,7
200
436,0
1569,5
300
479,8
1727,4
400
520,0
1872,1
500
557,3
2006,4
1000
715,2
2574,8
Скорость звука в воздухе
на разных высотах
Высота
м
Скорость звука
м/с
0
340,29
50
340,10
100
339,91
200
339,53
300
339,14
400
338,76
500
338,38
600
337,98
700
337,60
800
337,21
900
336,82
1000
336,43
5000
320,54
10000
299,53
20000
295,07
50000
329,80
80000
282,54

18. 17. Влияние окружающей среды на звуковые волны

Ветер
При рассмотрении влияния ветра на распространение звука следует учитывать
два фактора: скорость и градиент.
Влияние скорости ветра показано на рис. Боковой ветер добавляет вектор скорости к
распространяющейся звуковой волне и может приводить к смещению направления
распространения звука, в результате будет складываться впечатление, что он исходит
из другой точки.
Влияние градиента скорости ветра проявляется тогда, когда слои
воздуха двигаются с разной скоростью. Очень часто такие
градиенты возникают там, где место для публики отгорожено
от ветра каким-либо барьером: лесопосадкой или стеной.
Влияние градиентов скорости показано на рис. Вследствие
того, что скорость ветра добавляет определенный вектор к
распространяющейся звуковой волне, при прохождении звука
через градиент скорости происходит отклонение звуковой волны.
Если предположить, что слои ветра располагаются горизонтально,
то при распространении звука против ветра его волна будет
отклоняться вверх, а при распространении звука по ветру - вниз.
На самом деле, ветер очень незначительно влияет на распространение звука потому, что скорость ветра по
сравнению со скоростью звука ничтожно мала (конечно, если это не ураган). Но сильный порывистый ветер
может вызывать дестабилизацию стереозвука. Влияние ветра в большей степени связано с тем, что он часто
вызывает перепады температуры в слоях воздуха, в результате чего образуются температурные градиенты.

19. 17 а. Влияние окружающей среды на звуковые волны

Температура
На скорость распространения звука также влияет и температура окружающей среды.
Через горячий воздух (он имеет меньшую плотность) звук проходит быстрее, чем через холодный.
Поэтому температурные градиенты также вызывают эффекты отклонения звуковых волн рис.
На рис.а приведены условия, которые часто наблюдаются утром, когда земля еще прохладная после
прошедшей ночи, а воздух уже прогрет лучами солнца. В этих условиях обычно возникают области более
высокой и более низкой интенсивности звука.
На рис.б показаны такие условия, которые могут возникать вечером, когда земля еще теплая. В этих
условиях звуковые волны будут отклоняться вверх.

20. 18. Влияние окружающей среды на звуковые волны

Влажность
Воздух частично поглощает энергию звука и ослабляет его. Этот
эффект заметен только на частотах выше 2 кГц и усиливается с
увеличением частоты. Отдаленные раскаты грома мы слышим как
низкое грохотание, потому что высокочастотный "треск" с
увеличением расстояния ослабляется быстрее, чем низкочастотная
часть шума.
На способность воздуха поглощать звуковую энергию влияет его
относительная влажность.
Сухой воздух (менее плотный) поглощает гораздо больше
акустической энергии, чем влажный (более плотный).
Графики зависимостей поглощения
звуковой энергии воздухом от его
относительной влажности
Графики зависимостей поглощения звуковой энергии воздухом от
его относительной влажности показаны на рис.

21. 19. ДЛИНА ВОЛНЫ и ЧАСТОТА

Длина волны λ(м) - это расстояние, пройденное
звуковой волной за одно полное колебание (период
Т) в среде распространения звука.
λ = С ·T {м}
Частота ƒ(Гц) - это количество полных колебаний
(периодов Т) звука, совершаемых за одну секунду.
ƒ = 1/Т {Гц}
λ = С/ƒ
ƒ= С/ λ
Скорость звуковой волны С можно выразить формулой:
С = λ·ƒ (м/с) ;
Зависимость длины волны в воздухе от
частоты при 20° С и нормальном
атмосферном давлении 101 325 Па

22. 20. Длина звуковой волны

f
Гц
λ, см
кГц
в воздухе
в воде
в стали
20
1700
7250
25000
50
680
2900
10000
100
340
1450
5000
200
170
725
2500
1
34
145
500
5
6,8
29
100
10
3,4
14,5
50
20
1,7
7,3
25
50
0,7
2,9
10
100
0,34
1,5
5
300
-
0,5
1,7
500
-
0,3
1
1000
-
0,15
0,5

23. 21. ЗВУКОВОЙ (слышимый) диапазон частот

1) Низкие басы (от 20 Гц до 80 Гц) - это самые низкие ноты, от которых резонирует
помещение. Если звуковоспроизводящая аппаратура не воспроизводит эти частоты, вы
должны ощутить потерю насыщенности и глубины звука. Естественно, при записи и
сведении потеря этих частот вызовет тот же эффект.
2) Верхние басы (от 80 Гц до 200 Гц) - это верхние ноты басовых инструментов и самые
низкие ноты таких инструментов, как гитара. Если потерять этот регистр, то вместе с ним
потеряется и ощущение силы звука. А ведь именно в этих частотах содержится энергия
звука, недаром основная энергия ритм - секции сконцентрирована именно в этом регистре.
3) Низкие средние (от 200 Гц до 500 Гц) - здесь размещается почти весь ритм и
аккомпанимент, это регистр гитары.
4) Средние средние ( от 500 Гц до 2.5 кГц) - соло скрипок, соло гитар, фортепиано,
вокал. Музыку, в которой не хватает этих частот обычно называют "занудной" или "смурной".
5) Верхние средние (от 2.5 кГц до 5 кГц). Хотя в этом диапазоне мало нот, только самые
верхние ноты фортепиано и некоторых других инструментов, здесь много гармоник и
обертонов. Усиление этой части спектра позволяет достичь яркого, искрящегося звука,
создающего эффект присутствия. Однако, если энергия этой полосы частот чрезмерна,
то это режет слух. Это и называется "слушательской утомляемостью" и является
проблемой большинства недорогих акустических систем, которые искусственно
усиливают данную часть спектра для "яркости" звучания.
6) Низкие высокие (от 5 кГц до 10 кГц), где мы встречаемся с самым сильным
искажением высоких частот и где шипение пленки (для любителей кассетной записи)
становится самым заметным, так как здесь очень мало других звуков, способных скрыть это.
Хотя люди, теоретически могут слышать и более высокие тона, эти частоты считаются
пределом восприятия. Но по большому счету, для хорошего звука - это маловато.
7) Верхние высокие (от 10 кГц до 20 кГц) наша последняя октава, это самые тонкие и
нежные высокие частоты. Если этот диапазон частот будет неполноценен, то ощущается
некий дискомфорт при прослушивании записей.
20Гц
80Гц
200Гц
500Гц
2.5кГц
5кГц
10кГц
20кГц
Классически звуковой
спектр
(три поддиапазона)
1. низкие
2. средние
3. высокие
20 Гц - 200 Гц
200 Гц - 5 кГц
5 кГц - 20 кГц
Наименование поддиапазонов
Инфразвуковой
0 - 20 Гц
Очень низкие частоты
20 - 80 Гц
Низкие частоты
80 - 200 Гц
Нижние средние частоты
200 - 500Гц
Средние частоты
500 Гц - 2,5кГц
Верхние средние частоты
2,5 - 5 кГц
Нижние высокие частоты
5 - 10 кГц
Верхние высокие частоты
10- 20 кГц
Ультразвуковой
20-200
кГц

24. 23. ВЛИЯНИЕ ИНФРАЗВУКА НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА

В конце 60-х годов французский исследователь Гавро обнаружил, что инфразвук определенных частот может вызвать у
человека тревожность и беспокойство.
Инфразвук с частотой 7 Гц смертелен для человека !!!!!.
Исследования биологического действия инфразвука на организм показали, что человеческий организм высокочувствителен к
инфразвуку. Воздействие его происходит не только через слуховой анализатор, но и через механорецепторы кожи. Возникающие
под воздействием инфразвука, нервные импульсы нарушают согласованную работу различных отделов нервной системы, что может
проявляться головокружением, болями в животе, тошнотой, затрудненным дыханием, чувством страха, при более интенсивном и
продолжительном воздействии - кашлем, удушьем, нарушением психики. Инфразвуковые колебания даже небольшой
интенсивности вызывают тошноту и звон в ушах, уменьшают остроту зрения.
Колебания средней интенсивности - могут стать причиной расстройства пищеварения, сердечнососудистой, дыхательной систем, нарушения психики с самыми
неожиданными последствиями.
Инфразвук высокой интенсивности - влечёт за собой резонанс, из-за совпадения частот колебаний
внутренних органов и инфразвука, приводит к нарушению работы
практически всех внутренних органов, возможен смертельный исход
из-за остановки сердца, или разрыва кровеносных сосудов.
Источниками инфразвука на суше - компрессоры, двигатели внутреннего сгорания, транспорт, промышленные кондиционеры и вентиляторы.
Основные техногенные источники инфразвуковых колебаний в городах.
Источник инфразвука
Характерный частотный диапазон инфразвука
Автомобильный транспорт
Железнодорожный транспорт
Промышленные установки
аэродинамического и ударного действия
Вентиляция промышленных установок
и помещений, то же в метрополитене
Реактивные самолеты
Весь спектр инфразвукового диапазона
10-16 Гц
10-12 Гц
3-20 Гц
Около 20 Гц
Уровни инфразвука
Внутри 70-90 дБ, снаружи до 120 дБ
Внутри и снаружи от 85 до 120 дБ
До 90-105 дБ
До 75-95 дБ
Снаружи до 130 дБ

25. 23. ВЛИЯНИЕ ИНФРАЗВУКА НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА

Собственные (резонансные) частоты некоторых частей тела человека.
• 20-30 Гц (резонанс головы)
• 2-3 Гц (резонанс желудка)
• 40-100 Гц (резонанс глаз)
• 2-4 Гц (резонанс кишечника)
• 0.5-13 Гц (резонанс вестиб.аппарата) • 6-8 Гц (резонанс почек)
• 4-6 Гц (резонанс сердца)
• 2-5 Гц (резонанс рук)
РЕЗОНАНС КОРПУСА ЧЕЛОВКЕА ≈ 7 – 10 Гц

26. 22. Частотный диапазон инструментов

27. 24. Частотная таблица

http://www.independentrecording.net/irn/resources/freqchart/main_display.htm

28. 24. Частотная таблица

http://www.independentrecording.net/irn/resources/freqchart/main_display.htm

29.

ЧАСТОТЫ, воспринимаемые животными
Бабочка
8 000 - 160 000 Гц
Дельфин
40 - 200 000 Гц
Кошка
250 - 100 000 Гц
Кузнечик
50 - 50 000 Гц
Летучая мышь2 000 - 150 000 Гц
Медведь
300 - 70 000 Гц
Попугай
300 - 15 000 Гц
Собака
200 - 50 000 Гц

30.

31.

32. 25. Диапазон певческих голосов человека

Тип голоса
Частотный
диапазон голоса,
Гц
Диапазон
длин звуковых волн,
См (Vз=342м/с)
Ноты
фортепиано
Женские голоса
Контральто
165-698
207 - 47
Ми МО – фа 2 Ок.
Меццо-сопрано
220-880
155 - 37
Ля МО – ля 2 Ок.
Сопрано
262-1046
131 - 33
До 1 Ок. – до 3 Ок.
Колоратурное сопрано
330-1397
104 - 24
Ми 1 Ок. – фа 3Ок.
Мужские голоса
Бас
82-349
417 - 98
Фа БО - фа 1 Ок.
Баритон
110-392
311 - 87
Ля БО - соль 1 Ок.
Тенор
132-523
259 - 65
До МО – до 2 Ок.
Детские голоса
Дискант
254-880
137 - 37
До 1 Ок. - ля 2 Ок.
Альт
196-598
173 - 57
Соль МО – ре 2 Ок
При произношении гласных звуков, за счет резонирующего действия воздушных полостей, образуется устойчивая группа частот,
названных формантами (у певцов эти частоты называют певческими формантами).
Форманты подразделяются на: - низкие певческие форманты НПФ (массивность, мощь голоса) - примерно (300-600)Гц
- высокие певческие форманты ВПФ («полётность» голоса – примерно (2000-3500)Гц.
У басов, баритонов ВПФ занимает спектр 2100 Гц …..2500Гц.
У теноров
ВПФ занимает спектр 2500 Гц …..2800 Гц.
У сопрано
ВПФ занимает спектр 3000 Гц …..3500 Гц .
ВПФ дает голосу звонкость и разборчивость слов.
У начинающих певцов ВПФ составляют 3% …5%.
У опытных певцов ВПФ составляют 10% … 30%.
У Шаляпина ВПФ составляли - 38%.
ЛЯ
A
СИ b ДО РЕ МИ ФА СОЛЬ
B
C
D
E
F
G
СИ
H

33. 25. Диапазон певческих голосов человека

В Книгу рекордов Гиннеса попала певица из Санкт-Петербурга,
как обладательница самого уникального голоса на земле.
Ведущая солистка Музыкального Театра «Голос» (СанктПетербург).
Татиана Владимировна Долгопологова (1977) имеет
потрясающий диапазон – 5 октав и 1 тон.
Диапазон голоса Уитни Хьюстон - 5 октав.
Диапазон голоса Фредди Меркури - 3 октавы.
Мужские голоса
- Тенор-альтино с диапазоном (от С МО - G 2октавы) обладает светлым тембром, звонкими верхними нотами.
- Ба́с-профу́ндо (итал. basso profun (do) — глубокий) (от F
КО - 43, Гц) - очень низкий бас, грудной, объёмнейший
мужской голос. Часто используется в церковно-хоровой
музыке. Певцов с данным типом голоса также называют
октавистами.

34. 25. Диапазон певческих голосов человека

35. 26. эквализация звука УДАРНЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ Большой барабан (бочка) Частотный диапазон не определяется Обертоны около 4 кГц

Скрипка
Частотный диапазон от 196 Гц до 2100
Гц
Обертоны до 10 кГц
Эквализация
Теплота около 240 Гц
Струна 2,5 кГц
Атака 7-10 кГц
Флейта (малая)
Частотный диапазон от 587 Гц до 4200
Гц
Обертоны около 10 кГц
Эквализация
Теплота от 50 Гц до 700 Гц
Дыхание 3,2 кГц
Воздух 6 кГц
Контрабас
Частотный диапазон от 41 Гц до 260 Гц
Обертоны до 8 кГц
Эквализация
Полнота от 80 Гц до 100 Гц
“Тело” 200 Гц
“Струна” 2,5 кГц
Гобой
Частотный диапазон от 247 Гц до 1400
Гц
Обертоны до 12 кГц
Эквализация
“Тело” 300 Гц
Резонанс 1,2 кГц
Атака 4,5 кГ
Акустическая гитара
Частотный диапазон от 82 Гц до 1175 Гц
Обертоны до 12 кГц
Эквализация
Теплота 240 Гц
Ясность от 2 кГц до 5 кГц
Атака 3,5 кГц
Кларнет
Частотный диапазон от 147 Гц до 1570
Гц
Обертоны до 4 кГц
Эквализация
Раструб 300 Гц
Гармоники 2,5 Гц
Воздух 5,2 Гц
Электрическая гитара
Частотный диапазон от 82 Гц до 1570 Гц
Обертоны 5 кГц
Эквализация
Полнота 240 Гц
Теплота 400 Гц
“Струна” 2,5 кГц
Литавры
Частотный диапазон от 73 Гц до 130 Гц
Обертоны до 4 кГц
Эквализация
Теплота 90 Гц
Атака 2 кГц
Воздух 4,5 кГц
Труба
Частотный диапазон от 160 Гц до 1175
Гц
Обертоны до 15 кГц
Эквализация
Полнота от 120 Гц до 240 Гц
Раструб 5 кГц
Атака 8 кГц
Туба
Частотный диапазон от 29 Гц до 440 Гц
Обертоны до 1,8 кГц
Эквализация
Полнота 80 Гц
Резонанс 500 Гц
Предел 1,2 кГц
Электрическая бас-гитара
Частотный диапазон от 41 Гц до 250 Гц
Обертоны до 8 кГц
Эквализация
“Тело” 80 Гц
Теплота 300 Гц
“Струна” 2,5 кГц
Рояль
Частотный диапазон от 27 Гц до 4200 Гц
Обертоны более 13 кГц
Эквализация
Теплота 120 Гц
Ясность от 2,5 кГц до 4 кГц
Атака 8 кГц
Альт
Частотный диапазон от 130 Гц до 1050
Гц
Обертоны от 8 кГц до 10 кГц
Эквализация
Полнота 200 Гц
“Струна” 2,4 кГц
“Скрип” 4,2 кГц

36. 27. Периодические и непериодические колебания

ТИПЫ ПЕРИОДИЧЕСКИХ ВОЛН:
а – прямоугольные колебания;
б – пилообразные колебания.
Амплитуда обеих волн равна А, а период колебаний Т – величина, обратная
частоте f.
Колебательное движение называется периодическим, если значения физических величин, изменяющихся в процессе колебаний,
повторяются через равные промежутки времени.
Несмотря на большое разнообразие колебательных процессов, как по физической природе, так и по степени сложности, все они
совершаются по некоторым общим закономерностям и могут быть сведены к совокупности простейших периодических
колебаний, называемых гармоническими.
Колебания распределяются на следующие основные виды:
1. Свободные - это идеальные колебания, которые не существуют в природе, но помогают понять сущность других видов
колебаний и определить свойства реальной колебательной системы. Они совершаются с собственной частотой, которая
зависит только от свойств самой колеблющейся системы.
2. Затухающие - это колебания, амплитуда которых со временем уменьшается, а частота не меняется и близка к
собственной.
Энергия в систему подается один раз. Уменьшение амплитуды за единицу времени характеризуется коэффициентом
затухания
З. Вынужденные - это колебания, которые совершаются под действием периодически изменяющейся внешней силы.
Они совершаются с частотой вынуждающей силы. Явление резкого увеличения амплитуды колебаний при приближении
частоты вынуждающей силы к собственной частоте системы называется резонансом. Это увеличение будет зависеть от
амплитуды вынуждающей силы, массы системы и коэффициента затухания.
4. Автоколебаниями называются незатухающие колебания, существующие в какой-либо системе при отсутствии
переменного внешнего воздействия, а сами системы - автоколебательными.
Амплитуда и частота автоколебаний зависят от свойств самой автоколебательной системы. Автоколебательная система
состоит из трех основных элементов: 1) собственно колебательная система; 2) источник энергии; 3) механизм обратной
связи. Ярким примером такой системы в биологии является сердце.

37. 28. Сложение гармонических (простых) колебаний

ПРИМЕРЫ:
Сложение синусоидальных сигналов
разных частот
Сложение двух синусоидальных сигналов
с одинаковыми
уровнем и частотой, но
разными фазами

38. 28 а. Сложение гармонических (простых) колебаний

39. 29. Тон, Обертон, Форманта (ОПРЕДЕЛЕНИЯ)

Чистым тоном называется чисто синусоидальный звук.
Под собственно тоном (основным тоном) понимается наименьшая по частоте составляющая в
ряду кратных частот спектра тонального звука, имеющая определенную высоту и обозначаемая
определенной нотой.
Остальные составляющие спектра тонального звука с частотами, кратными тону, называемые
обертонами (нем. obertone - высшие тона), частичными тонами, призвуками, гармониками,
определяют тембр (слышимый характер) звука.
Ряд кратных частот, включающий основной тон и обертоны, называется натуральным
звукорядом. Звукорядом вообще называется расположение звуков по высоте. Полный звукоряд
современной музыкальной системы состоит из 88 звуков с частотами от 16 до 4176 Гц. Звуки,
входящие в звукоряд называются ступенями. Ступени, частоты которых укладываются в ряд
1,2,4,8,16..., при одновременном воспроизведении сливаются, поэтому все ступени этого ряда
имеют одинаковые наименования. Интервал между ними называется октавой (от лат. octava восьмая), потому что этот интервал разбит на семь частей, и каждый восьмой звук образует
интервал в 1 октаву. Так что термин "октава" - музыкальный и в технику пришел, вероятно,
через электроакустику.
Форманта - область частот (не зависящая от высоты звука), в которой заметно усиливается
звучание попадающих в нее обертонов или основного тона. Это своеобразное описание
"амплитудно-частотной характеристики" музыкального инструмента.

40. 30. Гармоники и обертоны

Если принять за единицу число колебаний первого звука (основного тона) струны,
то числа колебаний частичных тонов выразятся рядом простых чисел:1, 2, 3, 4, 5,
6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16 и т. д.
Такой ряд звуков называется натуральным звукорядом.
Для того, что бы построить обертоновый ряд от любой ноты: берем саму
ноту, дальше строим от нее октаву, дальше чистую квинту, дальше чистую
кварту, дальше большая терция, малая терция, малая терция, большая секунда,
большая секунда, большая секунда, большая секунда, малая секунда, большая
секунда, малая секунда, увеличенная прима, малая секунда.
(ч8,ч5,ч4,б3,м3,м3,б2,б2,б2,б2,м2,б2,м2,ув1,м2.)
1, 2, 4, 8, 16 — октавные обертоны. Абсолютно чистый звук.
3, 6, 12 — квинтовые обертоны.
5, 10 — терцовые обертоны.
7, 14 — септовые обертоны.
9, 11, 13, 15 — единичные обертоны.
Начальные 10 обертонов прослушиваются по высоте и сливаются друг с другом
в аккорды. Остальные прослушиваются плохо, или не прослушиваются
вообще.

41. 31. «ОБЕРТОННАЯ ЛЕСТНИЦА»

Гармоника
Частота (Гц)
Обозначение ноты
Интервал
Основной тон
256
До (1)
С1
Унисон
1-й обертон
512
До (2)
С2
Октава
2-й обертон
768
Соль (2)
G2
Чистая квинта
3-й обертон
1024
До (3)
C3
Октава
4-й обертон
1280
Ми (3)
E3
Большая терция
5-й обертон
1536
Соль (3)
G3
Чистая квинта
6-й обертон
1792
Си b (3)
B3
Малая септима
7-й обертон
2048
До (4)
C4
Октава
8-й обертон
2304
Ре (4)
D4
Большая секунда
9-й обертон
2560
Ми (4)
E 4
Малая секунда
10-й обертон
2816
Фа # (4)
F# 4
Увеличенная кварта
11-й обертон
3072
Соль (4)
G4
Квинта
12-й обертон
3328
Ля b (4)
Ab 4
Малая секста
13-й обертон
3584
Си b (4)
B4
Малая септима
14-й обертон
3840
Си (4)
H4
Большая септима
15-й обертон
4096
До (5)
C5
Октава

42.

ПРИМЕР
Звук: тон -110Гц и его 15 обертонов

43. 32. Тембр и обертоны

Теорема Фурье гласит:
всякое периодическое колебание периода Т
может быть представлено в виде суммы
гармонических колебаний с периодами, равными
Т, T/2, T/3, T/4 и т.д., т.е. с частотами n=(1/T),
2n, 3n, 4n и т.д.
Наиболее низкая частота n называется
основной частотой. Колебание с основной
частотой n называется первой гармоникой или
основным тоном (тоном), а колебания с
частотами 2n, 3n, 4n и т.д. называются
высшими гармониками или обертонами
(первым - 2n, вторым - 3n и т.д.).
Тембр (timbre-фр.) - означает "качество
тона", "окраску тона" (tone quality).
рис.1
рис. 2
На рис.1 показаны осциллограммы звуковых колебаний, создаваемых роялем и кларнетом для одной и той
же ноты. Осциллограммы показывают, что период у обоих колебаний одинаков, но они сильно отличаются
друг от друга по своей форме и, следовательно, различаются своим гармоническим составом. Оба звука
состоят из одних и тех же тонов, но в каждом из них эти тоны - основной и его обертоны - представлены с
разными амплитудами и фазами.
На рис. 2 изображены частотные спектры тех звуков, осциллограммы которых показаны на рис. 1. Так как
высоты звуков одинаковы, то и частоты тонов - основного и обертонов - одни и те же. Однако амплитуды
отдельных гармоник в каждом спектре сильно различаются.
Американский стандарт ANSI-60-дает такое определение: "Тембр - атрибут слухового восприятия, который
позволяет слушателю судить, что два звука, имеющие одинаковую высоту и громкость, различаются друг
от друга".
В 1973 г. к определению тембра, данному в вышеприведенном стандарте ANSI, было сделано следующее
добавление: "тембр зависит от спектра сигнала, но он также зависит от формы волны, звукового давления,
расположения частот в спектре и временных характеристик звука".
тембр звука определяется его гармоническим спектром!!!!

44.

Тембр обладает достаточной инвариантностью (стабильностью), что позволяет сохранить его в памяти, а также
служит для сравнения ранее записанной и вновь поступившей в слуховую систему информации об источнике
звука. Это предполагает определенный процесс обучения - если человек никогда не слышал звучание инструмента
данного тембра, то он его и не узнает.
Анализ общей структуры спектров различных инструментов позволяет сделать следующие выводы:
при отсутствии или недостатке обертонов, особенно в нижнем регистре, тембр звука становится скучным,
пустым - примером может служит синусоидальный сигнал от генератора;
присутствие в спектре первых пяти-семи гармоник с достаточно большой амплитудой придает тембру полноту и
сочность;
ослабление первых гармоник и усиление высших гармоник (от шестой-седьмой и выше) придает тембру
резкость, скрипучесть.
Анализ огибающей амплитудного спектра для различных музыкальных инструментов позволил установить
(Кузнецов "Акустика музыкальных инструментов"):
- плавный подьем огибающей (увеличение амплитуд определенной группы обертонов) в области 200…700 Гц
позволяет получить оттенки сочности, глубины;
- подьем в области 2,5…3 кГц придает тембру полетность, звонкость;
- подьем в области 3…4,5 кГц придает тембру резкость, пронзительность и др.
Таким образом, безусловно справедливо утверждение классической теории, что воспринимаемый тембр
звука зависит от его спектрального состава, то есть расположения обертонов на частотной шкале и
соотношения их амплитуд.
Из этого следуют еще два очень важных вывода:
1. Тембр звучания музыки и речи изменяется в зависимости от изменения громкости.
2. Тембр звучания музыки и речи изменяется в от транспонирования по высоте.

45.

При изменении громкости
Во-первых, при увеличении амплитуды колебаний вибраторов различных музыкальных инструментов (струн,
мембран, дек и др.) в них начинают проявляться нелинейные эффекты, и это приводит к обогащению спектра
дополнительными обертонами
Во-вторых, с увеличением уровня громкости изменяется чувствительность слуховой системы к восприятию
низких и высоких частот (о кривых равной громкости было написано в предыдущих статьях). Поэтому при
повышении громкости (до разумного предела 90…94 дБ) тембр становится полнее, богаче, чем при тихих звуках.
При транспонировании мелодии по высоте .
Во-первых, обедняется спектр, поскольку часть обертонов попадает в неслышимый диапазон выше 15…20 кГц;
Во-вторых, в области высоких частот пороги слуха значительно выше, и высокочастотные обертоны становятся
не слышны. В звуках низкого регистра (например, в органе) обертоны усиливаются из-за повышения
чувствительности слуха к средним частотам, поэтому звуки низкого регистра звучат сочнее, чем звуки среднего
регистра, где такого усиления обертонов нет.
Подводя итоги, полученные классической теорией тембра с учетом результатов последних лет, можно сказать
тембр существенно зависит от усредненного спектрального состава звука: количества обертонов, их
относительного расположения на частотной шкале, от соотношения их амплитуд, то есть формы
спектральной огибающей (АЧХ), а точнее, от спектрального распределения энергии по частоте.
Эксперименты показали, что, если удалить часть временной структуры, соответствующей атаке звука, или
поменять местами атаку и спад (проиграть в обратном направлении), или атаку от одного инструмента заменить
атакой от другого, то опознать тембр данного инструмента становится практически невозможным.
Следовательно, для распознавания тембра важна не только стационарная часть (усредненный спектр которой
служит основой классической теории тембра), но и период формирования временной структуры, как и период
затухания (спада), являются жизненно важными элементами.

46. 33. Формы колебаний для различных инструментов и голосов

47. 34. Некоторые частотные спектры для устойчивых тонов некоторых распространенных инструментов

48. 35. ИНТЕНСИВНОСТЬ ОБЕРТОНОВ

Рассмотрим натянутую струну, которая
возбуждается щипком в ее средней части (рис.
а). Поскольку все четные гармоники имеют
узлы посередине, они будут отсутствовать, и
колебания будут состоять из нечетных
гармоник основной частоты, равной f1 = v/2l,
где v – скорость волны в струне, а l – ее длина.
Таким образом, будут присутствовать только
частоты f1, 3f1, 5f1 и т.д.
Тембр зависит от частотного спектра звука и его
изменения во времени.
Он определяется несколькими факторами:
распределением энергии по обертонам,
частотами, возникающими в момент
появления или прекращения звука (так
называемыми переходными тонами) и их
затуханием, а также медленной амплитудной и
частотной модуляцией звука («вибрато»).
Данный пример позволяет сделать следующий важный общий вывод. Набор гармоник
резонансной системы определяется ее конфигурацией, а распределение энергии по
гармоникам зависит от способа возбуждения. При возбуждении струны в ее середине доминирует
основная частота и полностью подавляются четные гармоники. Если же струну закрепить в ее
средней части и ущипнуть в каком-нибудь другом месте, то будут подавлены основная частота и
нечетные гармоники.
Все это применимо и к другим известным музыкальным инструментам, хотя в деталях ситуация
может сильно отличаться. В инструментах обычно имеется воздушная полость, дека или рупор для
излучения звука. Все это и обусловливает структуру обертонов и возникновение формант.

49. 36. ТЕМБР

Под тембром понимаются те особенности музыкальных звуков, которые придают
музыкальным инструментам и голосам их неповторимую специфику, даже если сравнивать
звуки одинаковой высоты и громкости.
Это, так называемое , качество звука.
1. Глухой / звонкий - физически означает низкий / высокий уровень обертонов. Причем нечетные
гармоники и гармоники высших порядков способствуют ощущению звонкого тембра в большей
степени.
2. Бубнящий - физически означает наличие низкочастотного сигнала значительной амплитуды с малым
уровнем обертонов и медленно изменяющейся громкостью.
3. Рокочущий - физически означает небольшое периодическое изменение громкости и (или) высоты звука. В
спектральной области означает возникновение боковых полос вокруг тона и гармоник.
4. Шепелявый, свистящий, шипящий, шумящий (для нетональных звуков) - означает наличие в звуке
непериодических, случайных колебаний с достаточно широким непрерывным спектром. Первые три
характеристики используются в основном по отношению к высокочастотным шумам.
Неплохим вариантом является также использование для описания тембра общих характеристик
динамических процессов: отрывистый, резкий, слитный, вибрирующий. Но этого часто недостаточно и
тогда используется множество слов из других областей ощущений - густой, мягкий, жесткий,
прозрачный. Это следствие попытки передать непараметрическое ощущение тембра путем его
ассоциации с другими явлениями.

50. 37. Тембры

Основные субъективные термины для описания тембра, используемые в современной международной технической
литературе (статистический анализ 30 книг и журналов)
Acidlike – кислый, antique – старинный, arching – выпуклый, articulate – разборчивый, austere – суровый, bite( biting) – кусачий, bland –
вкрадчивый, blaring – ревущий, bleating – блеющий, breathy – дыхательный, bright – яркий, brilliant – блестящий, brittle – подвижный, buzzy –
жужжащий, calm – спокойный, carrying – полетный, centered – концентрированный, clangorous – звенящий, clear( clarity) – ясный, cloudy –
туманный, coarse – грубый, cold – холодный, colorful – красочный, colorless – бесцветный, cool – прохладный, crackling – трескучий, crashing –
ломаный, creamy – сливочный, crystalline – кристаллический, cutting – резкий, dark – темный, deep – глубокий, delicate – деликатный, dense –
плотный, diffuse – рассеяный, dismal – отдаленный, distant – отчетливый, dreamy – мечтательный, dry – сухой, dull – скучный, earnest –
серьезный, ecstatic – экстатический, ethereal – эфирный, exotic – экзотический, expressive – выразительный, fat – жирный, fierce – жесткий,
flabby – дряблый, focussed – сфокусированный, forboding – отталкивающий, forceful – усиленный, frosty – морозный, full – полный,fuzzy –
пушистый, gauzy – тонкий,gentle – нежный, ,ghostlike – призрачный, glassy – стеклянный, glittering – блестящий, gloomy - унылыйgrainy –
зернистый, grating – скрипучий, grave – серьезный, growly – рычащий, hard – жесткий, harsh – грубый, haunting – преследующий, hazy –
смутный, hearty – искренний, heavy – тяжелый, heroic – героический, hoarse – хриплый, hollow – пустой, honking - гудящий(автомобильный
гудок), hooty – гудящий, husky – сиплый, incandescence – накаленный, incisive – резкий, inexpressive – невыразительный, intense – интенсивный,
introspective – углубленный, joyous – радостный, languishing – печальный, light – светлый, limpid – прозрачный, liquid – водянистый, loud –
громкий, luminous – блестящий, lush (luscious) – сочный, lyrical – лирический. massive – массивный, meditative – созерцательный, melancholy –
меланхоличный, mellow – мягкий, melodious – мелодичный. menacing – угрожающий. metallic – металлический, мisty – неясный. mournful –
траурный, muddy – грязный, muffled – заглушенный, mushy – пористый, mysterious – загадочный, nasal – носовой, neat – аккуратный, neutral –
нейтральный, noble – благородный, nondescript – неописуемый. nostalgic – ностальгический. ominous – зловещий, ordinary – ординарный, pale –
бледный, passionate – страстный, penetrating – проникающий, piercing – пронзительный, pinched – ограниченный, placid – безмятежный, plaintive
– заунывный, ponderous – увесистый, powerful – мощный, prominent – выдающий, сяpungent – едкий, pure – чистый, radiant – сияющий, raspy –
дребезжащий, rattling – грохочущий, reedy – пронзительный, refined – рафинированый, remote – удаленный, rich – богатый, ringing – звенящий,
robust – грубый, rough – терпкий, rounded – круглый, sandy – песочный, savage – дикий, screamy – кричащий, sere – сухой, serene, serenity –
спокойный, shadowy – затененный, sharp – резкий, shimmer – дрожащий, shouting – кричащий, shrill – пронзительный, silky – шелковистый,
silvery – серебристый, singing – певучий, sinister – зловещий, slack – расхлябанный, sober – трезвый(рассудительный), soft – мягкий, solemn –
торжественный, solid – твердый, somber – мрачный. sonorous – звучный, steely – стальной, strained – натянутый, strident – скрипучий, stringent –
стесненный, strong – сильный. stuffy – душный. subdued – смягченный. sultry – знойный, sweet – сладкий, tangy – запутанный, tart – кислый,
tearing – неистовыйt, ender – нежный, tense – напряженный, thick – толстый, thin – тонкий, threatening – угрожающий, throaty – хриплый, tragic –
трагичный, tranquil – успокаивающий, transparent – прозразный, triumphant – торжествующий, tubby – бочкообразный, turbid – мутный, turgid –
высокопарный, unfocussed – несфокусированный, unobtrsuive – скромный, veiled – завуалированный, velvety – бархатистый, vibrant –
вибрирующий, vital – жизненный, voluptuous - пышный(роскошный), wan – тусклый, warm – теплый, watery – водянистый, weak – слабый,
weighty – тяжеловесный. white – белый, windy – ветряный, wispy – тонкий, woody – деревянный, yearning - тоскливый .

51. 38. БЕЛЫЙ ШУМ

Белый шум - группа сигналов со случайным характером и равномерной и постоянной спектральной
плотностью распределения по частотам. Белый шум имеет одинаковую энергию на любом из
участков частот.
Белым шумом будет такой шумовой сигнал, у которого на единицу частоты всюду приходится
равная энергия. То есть: в полосе частот от 100 Гц до 101 Гц сосредоточено энергии столько же,
сколько в полосе от 1,000 до 1,001 Гц. На экране спектроанализатора со сплошной шкалой частотная
характеристика такого шума будет горизонтальной прямой. Почти прямой, потому что сигнал всётаки хаотический и интеграция всех случайных всплесков в идеальную прямую произойдет
(теоретически) через бесконечное время интеграции.
Спрашивается, чем такой шум нам не угодил? Да вот чем. Раз на каждый герц энергии
приходится поровну, то в полосе частот 1,000 - 5,000 Гц её будет в 10 раз больше, чем в полосе 100 500 Гц. Если подключить к источнику белого шума анализатор, измеряющий энергию, например, в
третьоктавных полосах (а так устроено большинство спектроанализаторов, работающих в режиме
реального времени, RTA), то сразу станет видно, как распределяется энергия по частотным полосам.
С каждым удвоением частоты уровень повышается на 6 дБ, то есть - тоже в два раза. Такой шум
ничего общего с реальным распределением энергии по спектру, будь то музыка, речь или природные
шумы, не имеет.

52. 39. РОЗОВЫЙ ШУМ

Розовый шум.
Своё название он получил из-за того, что его АЧХ при измерении вдоль непрерывной оси частот, имеет
постоянный наклон 6 дБ/окт. Чем ниже частота, тем уровень выше. Низкие частоты по аналогии с солнечным
спектром считаются красным, а верхние - синим. Получается, что красного больше, чем всего остального, оттого
шум как бы розовеет.
У розового шума на каждую октаву приходится энергии поровну.
От 40 до 80 Гц - столько же, сколько от 400 до 800 и от 10 до 20 кГц. Третьоктавный анализатор покажет
горизонтальную прямую. К такой АЧХ приближается спектр реальных звуков. У розового шума энергия,
приходящаяся на единицу частоты, падает кратно частоте. Зато на каждую октаву (или треть октавы, как показано
на этом графике) энергии приходится одинаково.
Как правило, аудиоаппаратура престижных марок комплектуется специальным диском с набором записанных
тестовых сигналов (в том числе и розовым шумом). Данный диск предназначается для настройки звучания и
фазировки каналов, вылавливания искажений (возникающих как из-за неправильного расположения колонок, так и
из-за использования некондиционного оборудования, например, соединительных проводов низкого качества!).
Коричневый шум

53. 40. КЛАССИФИКАЦИЯ «УРОВНЕЙ»

1). акустические;
2). электрические
По физической природе параметра:
По существу опорного уровня:
1) абсолютные (опорный уровень физически обусловлен);
2) относительные.
Физически обусловленные нули акустических уровней:
АКУСТИЧЕСКИЕ
мощности.
Рзв.о =2*10-5 Па - давление; Iо=10-12Вт/м2 - интенсивность; e=3*10-15 Дж/м3 – плотность
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ
Ро= 1 мВт(600 Ом) - мощность; Uo=0,775 В – напряжение; Iо=1,29 мА. – ток.
Уровни мощности, напряжения и тока в одной и той же точке могут различаться в зависимости от
сопротивления нагрузки. Поэтому к названию децибела добавляется наименование физической величины,
по которой измеряется уровень:
На практике распространены следующие опорные уровни и специальные обозначения для них:
dBm (русское дБм) — опорный уровень — это мощность в 1 мВт. Мощность обычно определяется на
номинальной нагрузке (для профессиональной техники — обычно 10 кОм для частот менее 10 МГц).
dBV (русское дБВ) — опорное напряжение 1 В на номинальной нагрузке (для бытовой техники — обычно
47 кОм); например, стандартизованный уровень сигнала для бытового аудиооборудования составляет −10
дБВ, то есть 0.316 В на нагрузке 47 кОм.
dBuV (русское дБмкВ) — опорное напряжение 1 мкВ; например, «чувствительность радиоприёмника,
измеренная на антенном входе — −10 дБмкВ … номинальное сопротивление антенны — 50 Ом».
dBu — опорное напряжение 0,775В, соответствующее мощности 1мВт на нагрузке 600Ω; например,
стандартизованный уровень сигнала для профессионального аудиооборудования составляет +4dBu, то
есть 1.24В.
dBSPL (англ. Sound Pressure Level — «уровень звукового давления») — опорное звуковое давление
20мкПа, соответствующее порогу слышимости; например, «громкость 100dBSPL».
dBPa — опорное звуковое давление 1Па или 94дБ звуковой шкалы громкости dBSPL; например, «для
громкости 6dBPa микшером установили +4dBu, а регулятором записи −3dBFS, искажения при этом
составили −70dBc».

54. 41. УРОВНИ

В аудиотехнике среднеквадратичные значения
используют для характеристики уровней сигналов.
Для получения среднеквадратичного уровня все
мгновенные значения напряжений для волны
сложной формы возводят в квадрат, усредняют
полученные значения и извлекают из результата
квадратный корень. Для периодического сигнала
(например, для синусоидальной волны), чтобы
получить среднеквадратичное значения достаточно
умножить пиковое напряжение на определенную
константу. Среднеквадратичное значение для
непериодического сигнала (например, для речевых
или музыкальных звуков), можно измерить с
помощью специального измерительного устройства
или детектора.
дБV
Напряжение
дБu или дБm
(0 дБV = 1V при любом сопротилении
нагрузки, но обычно
оно высокое)
(среднеквадратичное)
6
2
8,2
4
1,6
6,2
1,78
1,23
4
0
1
2,2
-2,2
0,78
0
-6
0,5
-3,8
-8,2
0,29
-6
-10
0,32
-7,8
-12
0,25
-9,8
-12,2
0,25
-10
-20
0,1
-17,8
V
(0 дБu = 0,775 V при
любом сопротивлении нагрузки);
0 дБm = 0,775 V при
сопротивлении
нагрузки 600 Ом)
Рис. Среднеквадратичное значение
напряжения для синусоидальной волны

55. 42. Измерение «энергетических» величин

величина в дБ =
где P1/P0 — отношение значений двух мощностей: измеряемой P1 к так
называемой опорной P0, то есть базовой, взятой за нулевой уровень
(имеется ввиду нулевой уровень в единицах дБ, поскольку в случае
равенства мощностей P1 = P0 логарифм их отношения lg(P1/P0) = 0).
(0.1 · величина в дБ),
P1/P0 = 10
а мощность P1 может быть найдена при известной опорной мощности P0 по
выражению
(0.1 · величина в дБ)
P1 = P0 · 10

56. 43. Измерение «неэнергетических» величин

дБ по напряжению =
дБ по току =

57. 44. УРОВНИ

дБ = 10 log (P1/P0).
измерение мощностей.
где: P1 – измеряемая мощность, P0 – опорное значение мощности
Пример. Чему равно в децибелах отношение мощностей 2 Вт и 1 Вт?
дБ = 10 log (P1/P0) = 10log (2/1) = 10 log 2 = 3,01 = 3.
Пример. Чему равно в децибелах отношение мощностей 100 Вт и 10 Вт?
дБ = 10 log (P1/P0) =10 log (100/10) = 10 log 10 = 10 · 1 = 10.
Таким образом, двухкратное увеличение или уменьшение мощности всегда
соответствует 3 дБ, а десятикратное увеличение или уменьшение мощности 10
дБ.
(2 раза = 3 дБ; 4 = 6 дБ; 10 = 10 дБ; 100=20 дБ).
дБV = 20 log (E1/E0), характеристики отношений напряжений
где : Eо и E1 -- значения напряжения.
Таким образом, двухкратное увеличение или уменьшение напряжения всегда соответствует 6дБ, а десятикратное увеличение или уменьшение напряжения 20
дБ.
(2 раза = 6 дБ; 4=12 дБ; 10=20 дБ; 100=40 дБ).
N = ln K/ Kо [ Hп ] Если логарифм не десятичный, то единица Непер
Пересчет простой:
1 дБ =0,1151 Нп, 1 Нп = 8,08 дБ

58. 45. УРОВНИ

Децибелы и уровень звука
Уровень звука, как правило, характеризует звуковое давление, но иногда под этим термином подразумевают
и мощность звука. В чем же различаются эти два понятия.
Мощность звука -- это совокупная звуковая энергия, которую излучает громкоговоритель (или иное
устройство) во всех направлениях.
Звуковое давление - это звуковая энергия, которая попадает на единицу площади в заданном направлении
от источника звука, удаленную от него на определенное расстояние (как правило, на 1 м).
Для характеристики уровней звукового давления используется уравнение:
дБ SPL = 20 log (P1/P0),
где: P0 и P1 звуковое давление (динах / квадратный сантиметр или Ньютон / квадратный метр).
Из уравнения следует, что двукратное увеличение звукового давления
соответствует 6 дБ, а десятикратное -- 20 дБ.
ЗВУКИ, КОТОРЫЕ РАЗЛИЧАЮТСЯ НА 3 ДБ - УХОМ ВОСПРИНИМАЮТСЯ ОДИНАКОВЫМИ ПО ГРОМКОСТИ!
ЗВУК, ДАВЛЕНИЕ КОТОРОГО НА 10 ДБ ВЫШЕ - ДЛЯ УХА БУДУТ ЗВУЧАТЬ В ДВА РАЗА ГРОМЧЕ
УРОВНИ ЗВУКОВОГО ДАВЛЕНИЯ, ХАРАКТЕРНЫЕ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ ИСТОЧНИКОВ
Болевой порог - 130 дБ.
Реактивный двигатель (в салоне самолета) - 80 дБ.
Негромкий разговор - 70 дБ.
Шорох в тихой комнате - 40 дБ.
Шумы в студии звукозаписи - 30 дБ.
Порог слышимости - 0 дБ.
Акустическая мощность выражается в акустических ваттах и для ее характеристики используется величина дБ
PWL:
дБ PWL = 10 log (P1/P2).

59.

60. 46. Таблица Значение больших и малых мощностей

дБ
Мощность P1, Вт
дБ
1
0
1
0
10
10
1,25
1
100
20
200
23
1,6
2
400
26
2
3
800
29
2,5
4
1000
30
2000
33
3,15
5
4000
36
4
6
8000
39
10000
40
5
7
20000
43
6,3
8
40000
46
8
9
80000
49
100000
50
10
10
Мощность P1, Вт
Номограмма для определения
относительной мощности, выраженной
в дБu (или дБm при сопротивлении
нагрузки 600 Ом), и напряжения дБV и
дБv

61. 47. СЛОЖЕНИЕ УРОВНЕЙ ИНТЕНСИВНОСТИ ЗВУКА

Сложение уровней интенсивности звука
(точность ±0,5 дБ)
Определить суммарный уровень не сложно.
Например, в аудитории есть такие звуки:
говорит лектор
N = 60 дБ,
болтают студенты
N = 57 дБ,
скрипят парты
N = 52 дБ,
шум с улицы
N = 45 дБ.
Можно перевести в разы, затем сложить и снова
перевести в дБ. А можно и по другому. Нужно расположить звуковые колебания по убыванию: 60, 57, 52, 45. Для
разности двух максимальных членов ряда, пользуясь графиком, представленным на РИС., находить поправку ∆ и,
заменяя два этих члена ряда максимальным, плюс поправка, укорачивать ряд.
Для примера:
60 – 57 = 3 дБ и по графику ∆ = 1,5. Ряд станет 60 + 1,5 ; 52; 45.
61,5 – 52 = 9,5 дБ и ∆ = 0,5 и ряд станет 61,5 + 0,5 ; 45.
62 - 45 = 17 дБ и ∆= 0,1 а суммарный уровень будет 62,1 дБ
Это кажется немного выше речи лектора, но 2 дБ это 1,58 раза и при такой ситуации лекции не получится.
0
3

62. Таблица уровней громкости различных шумов

63.

Децибел, дБА
Характеристика
Источники звука
0
Ничего не слышно
5
Почти не слышно
10
Почти не слышно
тихий шелест листьев
15
Едва слышно
шелест листвы
20
Едва слышно
шепот человека (1м).
25
Тихо
шепот человека (1м)
30
Тихо
шепот, тиканье настенных часов. Норма для жилых помещений ночью, с 23 до 7 ч.
35
Довольно слышно
приглушенный разговор
40
Довольно слышно
обычная речь.
45
Довольно слышно
обычный разговор
50
Отчётливо слышно
разговор, пишущая машинка
55
Отчётливо слышно
60
Шумно
65
Шумно
громкий разговор (1м)
70
Шумно
громкие разговоры (1м)
75
Шумно
крик, смех (1м)
80
Очень шумно
крик, мотоцикл с глушителем.
85
Очень шумно
громкий крик, мотоцикл с глушителем
90
Очень шумно
громкие крики, грузовой железнодорожный вагон (в семи метрах)
95
Очень шумно
вагон метро (7м)
100
Крайне шумно
оркестр, вагон метро (прерывисто), раскаты грома Максимально допустимое
звуковое давление для наушников плеера (по европейским нормам)
105
Крайне шумно
в самолёте (до 80-х годов ХХ столетия)
110
Крайне шумно
вертолёт
115
Крайне шумно
пескоструйный аппарат (1м)
120-125
Почти невыносимо
отбойный молоток (1м)
130
Болевой порог
самолёт на старте
135-140
Контузия
звук взлетающего реактивного самолета
145-155
Контузия
старт ракеты
Шок, травмы
ударная волна от сверхзвукового самолёта
160
Норма для жилых помещений, с 7 до 23 ч.
Норма для офисных помещений класса А (по европейским
нормам)
Норма для контор
При уровнях звука свыше 160 дБ возможен разрыв барабанных перепонок и лёгких, больше 200 - смерть
48.
Шкала
уровни
звука
(dB)

64. Вопросы по АКУСТИКЕ

1. Природа звука. Понятие о звуковом поле, звуковом луче, звуковой волне, фронте звуковой волны. Линейные
характеристики звукового поля.
2. Характеристики звуковой волны. Частота, период, длина волны.
3. Периодические и непериодические колебания. Простые и сложные звуковые колебания. Сложение
гармонических колебаний. Понятие об основном тоне, гармониках, обертонах, формантах. Обертонная
лестница.
4. Понятие об электрических колебаниях и их параметрах,
5. Звуковая энергия. Звуковое давление. Колебательная скорость. Акустическое сопротивление.
Акустическая мощность.
6. Интенсивность (сила) звука и плотность звуковой энергии. Единицы измерения. Основные расчетные
соотношения.
7. Скорость звука в различных средах. Зависимость от температуры и частоты. Связь плотности среды,
скорости звука в ней и ее акустического сопротивления. Влияние окружающей среды на звуковые волны.
8. Понятие о плоской, цилиндрической и сферической волнах и условиях их распространения.
Распространение звука в свободном пространстве.
9. Источники музыкальных и шумовых акустических сигналов. Динамический диапазон и спектры
акустических сигналов. Временные характеристики акустических сигналов. Классификация музыкальных
инструментов.
10. Звуковой диапазон частот. Формирование тембра. Частотный спектр звуковых колебаний. Влияние
инфразвука
на организм человека. Частотная шкала музыкальных инструментов и певческих голосов.
11. Фазы звукового сигнала.

65.

12. Строение и принцип действия речевого аппарата человека. Формирование тембровой окраски и частотного
диапазона голоса. Характеристики и параметры певческих голосов.
13. Строение и принцип действия органов слуха человека. Громкость и уровень громкости звука.
Логарифмическая чувствительность слуха. Порог слышимости и болевой порог. Кривые равной громкости.
Динамический диапазон и динамическая область слуха. Абсолютные и дифференциальные слуховые пороги по
частоте, громкости.
14. Субъективное восприятие частоты звука. Частотный диапазон слуха и его разрешающие способности по
частоте и по времени. Восприятие импульсов. Слитное и раздельное восприятие импульсов. Понятие об эхо.
15. Уровни абсолютные и относительные, акустические и электрические.
Понятие децибел. Основные математические отношения.
16. Дифракция, интеференция и рефракция звуковых волн. Стоячие волны.
17. Поглощение и отражение звуковых волн. Звукоизоляция и звукопоглащение.
18. Явление реверберации и его характеристики.
19. Бинауральный слух и пространственная локализация

66. ЛИТЕРАТУРА

1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
Под общей ред. М.А. Сапожкова /Акустика: Справочник. – М.: Радио и связь, 1989.
Фурдуев В.В. Акустические основы вещания. М., Связьиздат, 1969.
Под редакцией Гитлица М.В. Радиовещание и электроакустика. М., Радио и связь, 1989.
Урбанский Б.Н. Электроакустика в опросах и ответах. М., Радио и связь, 1981.
Меерзон Б.Я Акустические основы звукорежиссуры Аспект Пресс 2004.
Павловская В.И Акустика и электроакустическая аппаратура. M.: Искусство, 1986.
Анерт В., Стеффен Ф. Техника звукоусиления. Теория и практика. M.: Эра, 2003.
Емельянов Е. Д. Звукофикация театров и концертных залов Москва «Искусство» 1989 .
Нъюэлл Ф. Звукозапись. Акустика помещений. M.: Шоу Мастер, 2004.
Радиовещание и электроакустика. Учебник I Под. ред. Ю. А. Ковал- гина. M.: Радио и связь, 1998.
Ковалгин Ю. А. Стереофония. M.: Радио и связь, 1989.
Давыдов В. В. Акустика помещений. M.: Радио и связь, 1995.
Макриненко Л. И. Акустика помещений общественных зданий. M.: Стройиздат, 1986.
Кнудсен В.О. Архитектурная акустика. M.: Издательство ЛКИ, 2007.
Гитлиц М. В., Ковалгин Ю. А. и др. Радиовещание и электроакустика. Учебник. M.: Радио и связь, 1989.
Алдошина И., Приттс Р. - Музыкальная акустика. Учебник. — СПб.: Композитор Санкт-Петербург, 2006.
— 720 с, ил.
Ковалгин Ю.А., Вахитов Ш.Я. Акустика Учебник. М.: Горячая линия – Телеком, 2009.
http://www.wikipedia.org/
http://www.corpuscul.net/
http://www.625-net.ru/
Журнал «Звукорежиссёр» и «Шоу – мастер». 2001-2013.
Большая российская энциклопедия. Энциклопедический словарь. — М.: Большая российская
энциклопедия, 2011. — С. 843. — ISBN 978-5-85270-352-1.